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瀝青路面病害成因分析及防治對策

2009-11-17 15:30    【  【打印】【我要糾錯】

  1、瀝青路面常見病害

  瀝青混凝土作為一種路用結(jié)合料,在世界各國得到了廣泛的應用,從鄉(xiāng)村道路到城市道路,從三級路到高速公路,從路面底基層到路面面層,均普遍采用,成為道路建設長久使用的一種材料,但由于瀝青混凝土材質(zhì)本身的差異,以及受設計和施工水平的影響,瀝青路面常常出現(xiàn)開裂、泛油、松散、坑槽等病害。這些病害的出現(xiàn)嚴重影響了行車速度、行車安全,加大了汽車磨損,縮短了瀝青路面使用壽命。

  2、病害出現(xiàn)原因分析

  2.1 瀝青質(zhì)量問題

  由于近幾年國家城市基礎設施建設,城市道路開工項目很多而建設資金又有限,因此,在道路結(jié)構(gòu)層的厚度設計、材料的使用上本著經(jīng)濟適用的原則,而對交通量的變化,使用年限并沒有重點研究。像高等級瀝青路面,省市采用的是上面層使用進口瀝青,而中面層、地面層則采用國產(chǎn)瀝青,就國產(chǎn)瀝青而言能達到規(guī)范要求的廠家并不多,而且數(shù)量十分有限,不可能滿足國內(nèi)建設規(guī)模的需要。

  2.2 設計規(guī)范存在的問題

  目前,柔性路面國家設計規(guī)范仍然采用彎沉值控制,路面設計以軸載100kN 的雙輪組單軸為標準軸載;對瀝青混凝土面層應采用容許回彈彎沉、彎拉應力和剪應力三項指標設計;在交通量小的支路上鋪筑瀝青時,可僅用容許彎沉值設計;對瀝青碎石面層采用容許回彈彎沉和剪應力兩項指標設計。設計年限內(nèi)標準軸載累計數(shù)和折合成標準軸載累計數(shù)作為控制指標。

  在路面設計中,一方面交通車輛調(diào)查資料,是為通行能力服務的,沒有考慮到超載的問題,使得設計中得不到準確軸載,造成設計年限內(nèi)累計標準軸載出現(xiàn)與事實不相符的情況。這樣,對于一些道路而言,從一開始就降低了累計標準軸的數(shù)量,使得設計彎沉值偏大,基層、低基層的拉應力偏小,造成路面整體剛度不足,導致路面提前破壞。

  另外,由于受經(jīng)濟利益的驅(qū)動,載貨車輛中,80有超載現(xiàn)象,正是這部分超載車輛加速了路面的破損,促使路面開裂、推擁,甚至局部下陷。

  2.3 氣候的影響

  1)低溫裂縫。

  瀝青材料在較高溫度條件下具有良好的應力松弛性能,溫度升降產(chǎn)生的變形不至于產(chǎn)生過大的溫度應力,但當氣溫大幅度下降時,瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮。此時半剛性基層的底部將產(chǎn)生拉應力,當拉應力瀝青混合料的應力松弛趕不上溫度應力增長,混合料勁度急劇增大。由于瀝青面層在路面中是受到約束的,面層中產(chǎn)生的收縮拉應力或拉應變一旦超過瀝青混合料的抗拉強度,瀝青面層就會開裂,產(chǎn)生裂縫。由于瀝青路面寬度有限,收縮路面結(jié)構(gòu)的相互約束小,所以低溫裂縫主要是橫向的。

  2)溫度疲勞裂縫。

  這種裂縫主要發(fā)生在日溫差大的地區(qū)。由于溫度反復升降導致瀝青面層溫度應力疲勞,使瀝青混合料的極限拉伸應變(或勁度模量)變小,加上瀝青的老化使瀝青勁度增高,應力松弛性能降低,最終達到極限抗拉強度使路面產(chǎn)生裂縫。瀝青路面具有高溫軟化特性,盡管設計及施工中盡可能降低油石比,最大限度地利用骨料級配增大高溫穩(wěn)定性,但在車輛長期作用下仍要產(chǎn)生車轍。泛油一般出現(xiàn)在高溫天氣,由于氣溫升高而導致瀝青軟化點的不適應。

  2.4 瀝青混凝土配合比設計存在的問題

  瀝青混凝土配合比設計按規(guī)范要求應經(jīng)過四個階段,即目標配合比設計階段、生產(chǎn)配合比設計階段及驗證階段和試拌試鋪階段,各階段對要達到的目的都有明確的要求,在施工時,有的單位壓縮兩至三個階段,有的干脆憑經(jīng)驗進行施工。因此,從理論和實踐來講存在較大的偏差,從而導致瀝青混凝土內(nèi)在質(zhì)量存在先天不足。另一方面,由于現(xiàn)狀所致,政績工程工期較短,加上低價中標,碎石料場不規(guī)范,大多地材都由個體企業(yè)承擔,料場分散,設備落后,材料的均質(zhì)性、穩(wěn)定性均有較大的差別。雖然大部分單位在開工前都作了篩分分析符合要求,在施工過程中也檢測并予以調(diào)整配合比,但由于差異性大,不可能做到十分準確,導致路面出現(xiàn)一些常見病害。

  2.5 瀝青混凝土拌合溫度的控制

  石油瀝青拌合出場溫度要求在120~165C,而實際上有些施工單位由于設備和人員素質(zhì)等原因,在拌合溫度控制方面時高時低很不穩(wěn)定。溫度過高可能導致瀝青變質(zhì),沒有黏性使瀝青混凝土松散;溫度過低,瀝青混和料拌合不勻,影響級配,這些也是導致瀝青路面有時局部松散或其他病害的原因。在瀝青混合料拌制完成后,從拌合廠向攤鋪現(xiàn)場運輸?shù)倪^程中,空氣與混合料之間的溫差一般大于120C.加上因速度形成的相對風速較高,會導致混合料溫度在到達現(xiàn)場前有較大的下降。降溫幅度由表及里逐漸減少,最嚴重的降溫區(qū)發(fā)生在料堆表面和馬槽的接觸面。降溫嚴重程度取決于運輸時間、速度、氣溫、保溫措施等因素。

  2.6 瀝青混凝土的攤鋪

  現(xiàn)在攤鋪設備斷面加寬,瀝青混合料從中間通過膠輪輸送到兩側(cè),由于距離大,必然產(chǎn)生離析,這種離析改變了瀝青混凝土生產(chǎn)配合比;其次,由于燙平板從機心向兩側(cè)懸臂較長,隨著攤鋪次數(shù)的增加,產(chǎn)生變形,對路面橫坡的控制也有較大影響。

  另外,在混合料從運輸車向攤鋪機喂料斗卸料到刮料板輸料的過程中,接觸面表層料,特別是兩側(cè)車廂接觸面的表層料,在每車料中最后被刮料板送到螺旋布料器,即每一車料降溫幅度最大的表層“冷”料是集中被鋪出的,表面料降溫幅度較大、在正常的碾壓過程中壓實度難以達到要求,是路面發(fā)生松散、坑槽和滲水破壞的原因。

  2.7 平行交叉作業(yè)對路面質(zhì)量的影響

  城市道路施工過程中涉及的單位較多,如:自來水、雨污水、供熱、煤氣、電信、電力、有線電纜、道路照明等地下管線。由于平行交叉作業(yè),加上工期較緊,對路面質(zhì)量產(chǎn)生影響,如在土基碾壓成型以后,管線單位又挖溝下管,管線單位對回填土的壓實質(zhì)量普遍不重視,因此,造成局部不均勻沉降;又如瀝青砼攤鋪底面層、中面層時,道路照明施工單位要進行燈桿和電纜的鋪設,而且不能封閉交通,導致路面污染嚴重,從而使路面層與層之間的黏結(jié)受到影響,特別是當瀝青面層較薄時,在車輛高速行駛荷載作用下,瀝青路面產(chǎn)生脫行燈桿和電纜的鋪設,而且不能封閉交通,導致路面污染嚴重,從而使路面層與層之間的黏結(jié)受到影響,特別是當瀝青面層較薄時,在車輛高速行駛荷載作用下,瀝青路面產(chǎn)生脫落、推擁、扭曲裂縫等現(xiàn)象。

  2.8 政府行為的不

  不科學性部分省市領導將某些工程建設看成本屆政府的業(yè)績或者是為民辦的幾件實事之一,施工工期一再縮短,嚴重違背了科學規(guī)律。京津塘高速公路是我國第一條引進世行貸款修建的項目,由于當時尚沒有這方面的經(jīng)驗。因此,施工十分慎重,該工程從開工到竣工前后用去4~5年,于1991年通車,目前它仍然被認為是全國修建的最好的高速公路之一,通車將近7年沒有大面積返修過。事實上橋梁構(gòu)造物可以增加人員、設備投入,冬雨季也可以安排施工搶進度,而路基、路面施工則受到時間和氣候的限制,不是簡單的增加投入就能解決技術(shù)質(zhì)量問題,特別是在不良地質(zhì)路段,更需要時間穩(wěn)定路基。因此,修一條高質(zhì)量的路,政府行為也起到很關(guān)鍵的作用。

  3、路面病害的根治

  3.1 設計方案從目前的設計規(guī)范來看,結(jié)構(gòu)層的設計偏薄,路面基層、底基層滿足不了行車荷載的作用,通過路面結(jié)構(gòu)設計可以滿足瀝青路面強度和承載能力要求,特別是應考慮特大車輛荷載對路基路面所產(chǎn)生的影響。

  1)在進行半剛性路面設計時,首先應選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和濕縮系數(shù)小、抗拉強度高的半剛性材料做基層。

  2)選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層。在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下,應采取改善瀝青性質(zhì)的措施。

  3)在穩(wěn)定度滿足要求的前提下,優(yōu)先選用針人度較大的瀝青做瀝青面層。

  4)瀝青面層采用密實型瀝青混凝土。

  5)采用合適的瀝青面層厚度,確保半剛性基層在使用期問一般不會產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。

  3.2 施工方面優(yōu)秀的設計、合理的工期是修筑高質(zhì)量的基礎,而科學施工則是高質(zhì)量的保證。首先是對材料的選配,特別是集料場應固定,選擇1~2家能保證施工進度的廠家供料,使材料級配始終處于受控狀態(tài),不能偏離級配中線太遠。在施工過程中從以下幾方面進行控制:

  1)嚴格控制半剛性基層施工碾壓時的含水量,混合料的含水量不能超過壓實需要的最佳含水量或控制在施工規(guī)范容許的范圍內(nèi)。

  2)半剛性基層碾壓完成后,要及時養(yǎng)生。

  3)半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后應立即用乳化瀝青做透層或封層。

  4)透層或封層完成后,應盡快鋪筑瀝青面層。瀝青的選用十分關(guān)鍵,要挑選符合各項規(guī)范要求的瀝青,特別是瀝青針人度、延度指標必須嚴格把關(guān)。在北方施工由于近些年的氣候偏暖,因此,瀝青標號宜選擇在規(guī)定范圍內(nèi)低標號瀝青。此外,透層油、粘層油瀝青應采用與瀝青砼同一種瀝青,特別是油石比的選擇應考慮粘層油、透層油返油時的影響。瀝青砼施工期間,交通管制必須有專人負責,禁止非施工車輛上路,防止上路機械漏油,保持路面干凈整潔。

  3.3 道路的養(yǎng)護圍繞建設與養(yǎng)護、維修與預防的關(guān)系,隨著路網(wǎng)的不斷完善,只有長期保持良好的路面使用性能,道路建設的巨額投資才能充分發(fā)揮其投資效益,而長期保持路面良好的技術(shù)狀況必須有一個強有力的養(yǎng)護維修支持系統(tǒng)來保障。從這一意義上來說,養(yǎng)護維修實際上是道路建設的一種延續(xù)。在路面養(yǎng)護和維修的關(guān)系上,長期以來人們總是習慣于等到路面開始出現(xiàn)損壞后,才對它進行維修,而對于路面還處于良好狀態(tài)下進行預防性養(yǎng)護的意義則往往認識不足。預防性養(yǎng)護實質(zhì)上是一種周期性的強制保養(yǎng)措施,并不考慮路面是否已經(jīng)有了某種損壞。

  預防性養(yǎng)護最佳實施時機應該是在路面尚處于良好狀況、或者只有某些病害先兆時進行。雖然預防性養(yǎng)護需要投入某些費用,但它是一種費用一效益比非常良好的養(yǎng)護措施。當路面剛出現(xiàn)病害先兆時,及時對路面進行養(yǎng)護要比發(fā)生大的病害后處理簡單,節(jié)省費用,說明重視預防性養(yǎng)護的經(jīng)濟意義。瀝青路面質(zhì)量好與壞,不僅是施工單位單一的質(zhì)量控制,還涉及到設計水平和政府行為,因此,要消除瀝青路面的常見病害,需要各部門齊心協(xié)力,堅決杜絕今年竣工明年返工的現(xiàn)象。

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